3.5. Управление мощностью

Достаточно точное и быстрое управление мощностью является, возможно, наиболее важным аспектом в WCDMA в особенности в восходящем канале. Без него одна подвижная станция с повышенным уровнем мощности может заблокировать всю ячейку. На рис. 3.8 представлена и сама проблема и ее решение в виде управления мощностью передачи по замкнутому контуру.

Подвижные станции MS1 и MS2 работают на одной частоте, разделяемой на базовой станции только по их соответствующим кодам расширения. Может случиться так, что MS1 на краю ячейки испытывает потери на трассе, скажем на 70 дБ больше по сравнению с MS2, находящейся рядом с базовой станциейBS. При отсутствии механизма приведения мощности для MS1 и MS2 к одинаковому уровню на базовой станции, MS2 могла бы легко «перекричать» MS1 и тем самым заблокировать значительную часть ячейки, создавая так называемую проблему ближнейдальней зоны при CDMA. Оптимальной стратегией в смысле максимизации пропускной способности будет служить постоянное побитовое выравнивание принимаемой мощности всех подвижных станций.

Рис. 3.8.Управление мощностью по замкнутому контуру в CDMA

Пока в открытом контуре не придуманы механизмы управления мощностью, которые могли бы производить грубую оценку потерь на трассе кроме как с помощью передачи сигнала-маяка по нисходящему каналу, но такой метод будет далеко не точным. Основная причина этого заключается в том, что быстрые замирания по существу не коррелированны в восходящем и нисходящем каналах вследствие большого частотного разделения полосы частот восходящего и нисходящего каналов в режиме WCDMAFDD. Управление мощностью в открытом контуре в WCDMA, однако, используется, но только для обеспечения грубой первоначальной установки мощности подвижной станции при инициировании соединения.

Решением для последующего управления мощностью в WCDMA служит быстрое управление мощностью по замкнутому контуру, также показанное на рис.3.8. При управлении мощностью по замкнутому контуру в восходящем канале базовая станция производит частые оценки принятого отношения сигнал/помеха (SIR). Если измеренное SIR выше необходимого, то базовая станция дает команду подвижной станции понизить мощность; если оно слишком мало, она скомандует подвижной станции увеличить мощность. Цикл измерение командареакция выполняется со скоростью 1500 раз в секунду (1,5 кГц) для каждой подвижной станции и, таким образом, действует быстрее, чем может произойти какое-либо существенное изменение потерь на трассе, а в действительности даже чаще, чем может быть скорость быстрых рэлеевских замираний при низких и средних скоростях передвижения подвижной станции. Таким образом, управление мощностью по замкнутому контуру позволяет предотвратить какой-либо дисбаланс мощности для всех восходящих каналов, принимаемых базовой станцией.

Такой же метод управления мощностью по замкнутому контуру используется также и в нисходящем канале, хотя мотивация здесь другая: в нисходящем канале не существует проблемы ближней дальней зоны благодаря сценарию связи «один со многими». Все сигналы в ячейке исходят от одной базовой станции и передаются подвижным станциям. Однако желательно иметь резервный дополнительный запас мощности для подвижных станций, находящихся на краю ячейки, поскольку они больше подвергаются помехам от другой ячейки. Кроме того, для нисходящего канала необходимо использовать метод усиления слабых сигналов, обусловленных рэлеевскими замираниями, за счет дополнительной мощности при низких скоростях, когда другие методы исправления ошибок, основанные на применении перемежения и кодов с исправлением ошибок, не действуют с достаточной эффективностью.

На рис. 3.9 показано, как действует управление мощностью по замкнутому контуру в канале с замираниями с низкой скоростью перемещений. Команда по управлению мощностью по замкнутому контуру заставляет подвижную станцию использовать мощность обратно пропорциональную мощности принимаемого сигнала (или SIR). При условии, что у подвижной станции есть запас мощности, позволяющий повысить ее, остается лишь небольшое остаточное замирание, и канал становится по существу каналом без замираний, как это можно видеть на приемнике базовой станции.

Хотя такое устранение замираний представляется весьма желательным для приемника, оно происходит за счет повышения средней передаваемой мощности на передающем конце. Это означает, что подвижная станция, испытывающая глубокие замирания, т.е. использующая большую мощность передачи, будет создавать больше помех соседним ячейкам. Этот момент иллюстрируется на рис. 3.9. Выигрыш при быстром управлении мощностью более подробно рассматривается в разделе 9.2.1.1.

Рис. 3.9.Компенсация канала с замираниями с помощью управления мощностью по замкнутому контуру

Прежде чем отойти от вопроса управления мощностью по замкнутому контуру, мы должны упомянуть о близко связанном с ним контуре управления: управлении мощностью по внешнему контуру. С помощью управления мощностью по замкнутому контуру осуществляется регулирование необходимого SIRна базовой станции в соответствии с потребностями отдельного радиоканала и с постоянным качеством обслуживания, обычно определяемым определенной вероятностью появления ошибки по битам (BER) или вероятностью ошибки по принимаемым фреймам (FER). Почему может возникнуть необходимость в изменении заданной функции SIR? Необходимое SIR (существует требование пропорционального соотношения E_b/N₀) для, скажем, FER = 1% зависит от скорости подвижной станции и профиля многолучевого распространения. Теперь, если произвести изменение заданной функцииSIRна худший случай, т.е. высокие скорости подвижной станции, то придется допустить большие потери в пропускной способности на эти каналы, чем при низких скоростях. Таким образом, наилучшей стратегией будет поддерживать заданную функциюSIRоколо минимального значения достаточного для обеспечения необходимого качества. Заданная функцияSIRбудет меняться во времени, как показано на графике, представленном на рис. 3.10, поскольку изменяются скорость и условия распространения. Выигрыш от использования управления мощностью по внешнему контуру подробно рассматривается в разделе 9.2.1.

Управление по замкнутому контуру реализуется таким образом, что базовая станция помечает каждый фрейм передаваемых данных пользователя в восходящем канале индикатором (указателем) надежности фрейма, так чтоCRC

Рис. 3.10.Управление мощностью по внешнему контуру

(проверочная комбинация кода) проверяет результат при декодировании этого конкретного фрейма передаваемых данных пользователя. Если индикатор качества фрейма укажет контроллеру радиосети (RCN), что качество передачи ухудшается, тоRCNв свою очередь дает команду базовой станции повысить значение заданной функцииSIRна определенную величину. Причина, на основании которой управление по внешнему контуру замыкается вRNC, состоит в том, что эта функция должна выполняться после возможного комбинирования с мягким хэндовером. Мягкий хэндовер будет рассматриваться в следующем разделе.